超重要！薪ストーブの核心、差圧を測定してみる。

ここ最近薪ストーブと言う物は煙突を含めたトータルシステムだと痛感しております。

どんなに高級なストーブであろうとも煙突とのマッチングをちゃんとしないと性能を発揮する事なんて無理ゲーな話です。ハイ。

 

シングル煙突で充分です！とお考えの人はその考えを尊重してもらっていいのですが、煙突を断熱して排気温度を維持する事が物理的に効率が良いのはちょこっと計算すれば自明なので後は信条とか好みの話なのでここでは述べません。

 

そして、クリーンバーン機は本体から１Mくらいまで煙突内部で可燃性ガスが燃焼しているので安全性を担保した煙突の選択が安心かと思います。

こちらのツイートを参考にして頂くとよく分かるかな？

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— 川原　和博 (@byd02445) January 24, 2020

そろそろロジックに考えてみよう

薪ストーブは煙突内部が暖められて、内部の空気が軽くなった浮力で上昇気流が発生して空気を吸い込みます。

 

ここでは上昇気流＝ドラフトと呼びます。

 

2重煙突が推奨されているのは、煙突内部をしっかりと保温する事により空気が力強く吸い込まれることを狙ってお勧めされているのです。

 

そして、高温に温められた空気は大気圧よりプラスの圧力が発生するのです。

 

圧力はパスカル(pa)と言う単位で表記され、煙突の出口は大気圧と等しく、燃焼室の出口が一般的なクリーンバーン機で20～30pa（パスカル）になるように調整すると言われています。

 

言われているけど、それって誰が言ったのか分からないし本当なのかも分かりません。

正確さが担保されていない前提条件を議論の土台にする程時間の無駄は無いので、自分で測定する価値は大いにあると思います。

 

そして、今まで燃焼温度の測定を主に行っていましたが、高温を発生させて生み出されるドラフト圧力こそが最も大切な指標ではないかと思ったので微差圧計を購入してまずはSD01で測定してみた。

 

デジタルは数値が正確に読み取れるけど、全体的な変位はアナログ計器の方が絶対に分かりやすいので山本計器の差圧計を購入しました。

 

 

何故ストーブから１Mぐらいのシングル煙突を2重にすれば引きが良くなるのか？

何故マスヒーターでも2重煙突を導入すれば性能が良くなるのか？

ダンパーと空気調整では効果がどのように違ってくるのか？

 

凄く大切な指標なのに、僕の知る限りネットで記事を見たことが無い。

 

実験

先ずは煙突に微差圧計を接続します。

直接圧力計を繋ぐと高温でホースが溶けるから金具に接続する部分にはガスホースを使用します。

こんな感じで準備して後は普通に燃焼します。

 

巡行運転突入後、薪を追加したばかりなので黒煙が発生しています。

燃焼が全開状態で圧力は20pa.

ダンパーを45度閉じると５pa.

ダンパーの操作でドラフト圧力がどのように変動するのか可視化できるのが面白い。

 

ドラフト圧力が変化すると流量がどのように変化するのか気になったのでブリキで風車を作って、煙突の先に設置して風量が見えるようになるか試してみた。

しかし、風量に対して風車が重すぎたので全く動くことなく失敗！

ティッシュペーパーで試して見ると軽すぎていつもフワフワ動き変化が分からないし、ウエスで試すと重すぎて全く分からない。

 

ちょど良かったのがA4の紙でした。

風量が多ければ紙が持ち上がり、少なければ下に下がる。

なんてシンプルなんだろう～　流量計が無くても目視で確認できるから今の所これで充分かな。

 

まとめ

今回の実験ではSD01へ差圧計を接続し、圧力の変異と風量を確認しました。

 

今までダンパーを閉じると、上昇気流が制限されることにより内部圧力が高まると思い込んでいたけど実は全く逆でダンパー操作に相関してドラフト圧力が下がりました。

 

ダンパーを閉じるとドラフト圧力が焚き付けの時と同じ圧力の5paくらいまで下降するのに、ゆっくりと燃焼を継続できることが驚異的です。（＊通常の薪ストーブでは不可能）

この特性がヒミエルストーブが高燃費を発揮できる秘密を論理的に説明できる鍵になるのではないかと睨んでいます。

 

そして、圧力が下がるとベルヌーイの定理により流速が増加するのかを確認する為、煙突の先に取り付けた紙の揺れを見ていました。

 

例えるならば、水道ホースを握るとホース出口から吐出される水量は少なくなるのに圧力が高まって遠くまで飛びます。

 

同様に煙突内部のダンパーを閉じると、煙突内部を通過する空気減る＆流速が増加するかと予想しましたが、結果は真逆でダンパーを閉じてドラフト圧力が下がれば流速も下がることがわかりました。

 

ウォッチしていたのは流量ですが配管の口径から流速を推測しています。

 

今回の実験を踏まえ次回は

手元にある、市販されているクリーンバーン機でデータを収集。

空気の調整で圧力が変位するのか調べる。

 

今回の実験は単一の結果なので、良いか悪いか判断できません。

比較対象群を設定し操作がどのような効果をもたらすのかを知ることが製品開発に重量な姿勢では無いでしょうか？

 

今まで見えていなかった燃焼の核心を可視化できることが凄く面白い。

時計型ストーブなんかどんな感じに圧力が変位するのかすっごく興味あるな～